Тиристор принцип роботи

Принцип роботи тиристорів ґрунтується на основі напівпровідникового кристала (електронного ключа) з трьома або більше p-n переходами. Елемент має дві стійкі позиції: стан низької або високої провідності. Під впливом контрольного сигналу прилад наводиться у провідний вплив. Інакше кажучи – він включає ланцюг. Для її активації необхідно створити відповідні умови, щоб забезпечити зниження основного струму до нульової позначки.

На пальцях принцип роботи тиристора можна пояснити так: ключі проводять струм виключно у прямому напрямку. А в закритому положенні він витримує також зворотну напругу. Структура пристосування має чотири шари та три висновки:

Потужні електронні ключі оснащені різними амперними та вольтажними параметрами, які впливають на працездатність та стан елемента. Тиристори здатні функціонувати при значеннях до п'яти тисяч вольт, 5000 А якщо частота не перевищує 1000 Гц.

Комутація

Принцип роботи тиристора дозволяє працювати йому у двох комутуючих діапазонах:

Природна комутація. Вона виникає під час роботи приладу у схемі змінного струму. Відбувається цей процес, коли струм знижується до нульової позиції.
Примусова комутація. Цей процес може здійснюватися кількома способами, залежно від схеми, що використовується розробником.

Стандартним видом примусової комутації є підключення зарядженого конденсатора. У такому ланцюзі при навантаженні відбуваються коливання струму.

Способи вимкнення та включення

Принцип роботи тиристора дає змогу використовувати кілька способів примусової комутації. Серед них:

Використання конденсатора із зворотною полярністю. Він може активуватися у ланцюзі за допомогою допоміжного елемента. Потім проводиться розряд на основний тиристор, у результаті струм, спрямований назустріч прямому напрузі, забезпечуватиме його зниження до нульової позиції. Відбувається вимкнення приладу, що з його характерними рисами.
Підключення LC-ланцюжків. Вони розряджаються з коливаннями, забезпечуючи зустріч робочого та розрядного струму. Після їхнього врівноваження тиристор вимикається. У підсумковій фазі струм з коливального ланцюга переміщається через тиристор напівпровідниковий діод. Під час цього процесу до приладу застосовується певна напруга, що дорівнює модулю аналогічного показника на діоді.

Принцип роботи тиристора в ланцюгах постійного струму

Стандартний пристрій активується за допомогою подачі струму на контрольний висновок. Він має бути позитивним по відношенню до катода. Перебіг перехідних потоків залежить від виду навантаження, його амплітуди та швидкості нагнітання імпульсного струму. Крім того, має значення температурний режим напівпровідникового кристала, а також прикладена напруга у схемах тиристорів. Параметри схеми безпосередньо залежать від типу напівпровідника, що використовується.

У кола розміщення тиристора не допускається інтенсивне наростання швидкості підвищення напруги. Досягається таке значення, яке забезпечує мимовільну деактивацію приладу, навіть без сигналу в системі управління. При цьому синхронно має підтримуватись високий показник характеристики блоку керування.

Змінний ланцюг: принцип дії тиристорів

Принцип роботи елемента у разі дозволяє здійснити такі действия:

Активувати аборозірвати електричний ланцюг з активним або резистивним навантаженням.
Коригувати робочий та середній показник струму, що дає навантаження. Це можливо завдяки регулюванню піку подачі керування.
Оскільки тиристори проводять струм в одному напрямку, змінні ланцюги потребують використання зустрічно-паралельного включення. Робоче та середнє значення напруги може змінюватись через зміну сигналу подачі на прилад. У будь-якому випадку потужність елемента повинна відповідати параметрам, що пред'являються.

Фазова та широтно-імпульсна модуляція

Способи включення тиристорів також передбачають фазове керування. У цьому виконується регулювання навантаження шляхом коригування фазових кутів. Штучно комутація доступна за допомогою застосування спеціальних ланцюгів або повністю замикаються аналогів. Таким способом виготовляють переважно тиристори на зарядні пристрої з можливістю регулювання сили струму відповідно до заряду акумулятора.

Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) працює наступним чином:

Під час відкриття тиристора подається сигнал контролю.
При цьому переходи знаходяться відкритими, а на навантажувальній частині з'являється певна напруга.
У період закриття елемента сигнал керування не транслюється, що забезпечує зупинку подачі струму через пристрій.

При фазовому контролі крива струму не є синусоїдальною, виконується трансформація форми сигналу напруги. При цьому планується порушення функціонування споживаних елементів, які сприйнятливі до перешкод високих частот. Змінити величину на потрібний показник дозволяє спеціальний регулятор.

Різновиди

Існує кілька типівтиристорів (принцип роботи для "чайників" розглянуто вище). Використовуються в зарядних пристроях, перемикачах, регуляторах рівня гучності. Вирізняють такі модифікації:

Оптотиристор. Використовує у ланцюзі напівпровідник, особливо чутливий до світла. Керується прилад шляхом подачі світлового потоку.
Тиристор-діод. Оснащений активним паралельно підключеним діодом.
Діністор. Може трансформуватись у режим повної провідності (при перевищенні номінального показника напруги).
Симистор. Складається з кількох тиристорів, що мають зустрічне паралельне включення.
Інверторний тиристор. Вирізняється високою комутативною швидкістю до 50 мкс.
Елементи із польовим транзистором. Працюють на кшталт метало-оксидних напівпровідників.

Характеристики

Розглянемо параметри та принцип роботи тиристора КУ202Н:

Гранична напруга – 400 Ст.
Постійний/повторюваний імпульсний струм – 30/10 А.
Напруга у відкритому режимі – 1,5 В.
Показник робочого постійного струму – 4 мА.
Відпірний струм на контрольному блоці – 200 мА.
Максимальна наростаюча швидкість у закритому положенні – 5 В/мкс.
Період увімкнення/вимкнення – 10/100 мкс.

Працює прилад за стандартною схемою для тиристорів, що замикаються. Його аналоги: 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.

Конструкція

Чотиришарова конфігурація тиристорів відрізняє їх від аналогів повною керованістю елемента. Амперний і вольтажний показник при прямому напрямку струму схожий на параметри звичайних тиристорів. Однак прилади, що розглядаються, здатні пропускати суттєву напругу. Опції блокування зворотної великої напруги у елементів, що замикаються, не передбачені. У зв'язку з цимпотрібна його агрегація із зустрічним паралельним діодом-напівпровідником.

Істотне падіння прямих напруг є основною відмінною особливістю тиристора, що замикається. Для його відключення необхідно виконати подачу потужного імпульсного струму на вивід, що управляє. При цьому тривалість імпульсу має бути максимально низькою (від 10 до 100 мкс). Негативне співвідношення прямого струму становить пропорцію 1/5. Підсумкова різниця граничної напруги приладу, що розглядається, на 25% менше, ніж у звичайного аналога.

На закінчення

Нами було розглянуто класифікацію тиристорів та його особливості. Можна зробити наступний висновок: дані пристрої є прилади, що відносяться критично до швидкостей наростання прямої напруги і сили струму. Для тиристорів характерно перебіг зворотних струмів, що дозволяють швидко знизити значення ланцюга до нульової позначки. Для захисту елементів слід застосовувати різні схеми, що дають змогу захистити блок від високої напруги в динамічному режимі.